在《Java虛擬機垃圾回收(一) 基礎》中瞭解到如何判斷對象是存活還是已經死亡？ 介紹了垃圾回收基礎算法：引用計數算法、可達性分析算法，以及HotSpot虛擬機中實現對象可達性分析的一些問題。
下面先來了解Java虛擬機垃圾回收的幾種常見算法：標記-清除算法、複製算法、標記-整理算法、分代收集算法、火車算法，介紹它們的算法思路，有什麼優點和缺點，以及主要應用場景。
1、標記-清除算法
標記-清除（Mark-Sweep）算法是一種基礎的收集算法。
1、算法思路
"標記-清除"算法，分爲兩個階段：
（A）、標記
首先標記出所有需要回收的對象；
標記過程如《Java虛擬機垃圾回收(一) 基礎》"2-4、判斷對象生存還是死亡"中所述--分爲兩個標記過程（詳細請參考前文）：
（1）、第一次標記
在可達性分析後發現對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時，被第一次標記；
並且進行一次篩選：此對象是否必要執行finalize()方法；
對有必要執行finalize()方法的對象，被放入F-Queue隊列中；
（2）、第二次標記
GC將對F-Queue隊列中的對象進行第二次小規模標記；
在其finalize()方法中重新與引用鏈上任何一個對象建立關聯，第二次標記時會將其移出"即將回收"的集合；
對第一次被標記，且第二次還被標記（如果需要，但沒有移出"即將回收"的集合），就可以認爲對象已死，可以進行回收。
（B）、清除
兩次標記後，還在"即將回收"集合的對象將被統一回收；
執行過程如下圖：
2、優點
基於最基礎的可達性分析算法，它是最基礎的收集算法；
而後續的收集算法都是基於這種思路並對其不足進行改進得到的；
3、缺點
主要有兩個缺點：
（A）、效率問題
標記和清除兩個過程的效率都不高；
（B）、空間問題
標記清除後會產生大量不連續的內存碎片；
這會導致分配大內存對象時，無法找到足夠的連續內存；
從而需要提前觸發另一次垃圾收集動作；
4、應用場景
針對老年代的CMS收集器；
2、複製算法算法
"複製"（Copying）收集算法，爲了解決標記-清除算法的效率問題；
1、算法思路
（A）、把內存劃分爲大小相等的兩塊，每次只使用其中一塊；
（B）、當一塊內存用完了，就將還存活的對象複製到另一塊上（而後使用這一塊）；
（C）、再把已使用過的那塊內存空間一次清理掉，而後重複步驟2；
執行過程如下圖：
2、優點
這使得每次都是隻對整個半區進行內存回收；
內存分配時也不用考慮內存碎片等問題（可使用"指針碰撞"的方式分配內存）；
實現簡單，運行高效；
（關於"指針碰撞"請參考《Java對象在HotSpot虛擬機中的創建過程》）
3、缺點
（A）、空間浪費
可用內存縮減爲原來的一半，太過浪費（解決：可以改良，不按1:1比例劃分）；
（B）、效率隨對象存活率升高而變低
當對象存活率較高時，需要進行較多複製操作，效率將會變低（解決：後面的標記-整理算法）；
4、應用場景
現在商業JVM都採用這種算法（通過改良缺點1）來回收新生代；
如Serial收集器、ParNew收集器、Parallel Scavenge收集器、、G1（從局部看）；
5、HotSpot虛擬機的改良算法
（A）、弱代理論
分代垃圾收集基於弱代理論（weak generational hypothesis），具體描述如下：
（1）、大多數分配了內存的對象並不會存活太長時間，在處於年輕代時就會死掉；
（2）、很少有對象會從老年代變成年輕代；
其中IBM研究表明：新生代中98%的對象都是"朝生夕死"；
所以並不需要按1:1比例來劃分內存（解決了缺點1）；
（B）、HotSpot虛擬機新生代內存佈局及算法
（1）、將新生代內存分爲一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間；
（2）、每次使用Eden和其中一塊Survivor；
（3）、當回收時，將Eden和使用中的Survivor中還存活的對象一次性複製到另外一塊Survivor；
（4）、而後清理掉Eden和使用過的Survivor空間；
（5）、後面就使用Eden和複製到的那一塊Survivor空間，重複步驟3；
默認Eden：Survivor=8:1，即每次可以使用90%的空間，只有一塊Survivor的空間被浪費；
（C）、分配擔保
如果另一塊Survivor空間沒有足夠空間存放上一次新生代收集下來的存活對象時，這些對象將直接通過分配擔保機制（Handle Promotion）進入老年代；
分配擔保在以後講解垃圾收集器執行規則時再詳解；
更多請參考：http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/generations.html#sthref16
3、標記-整理算法
"標記-整理"（Mark-Compact）算法是根據老年代的特點提出的。
1、算法思路
（1）、標記
標記過程與"標記-清除"算法一樣；
（2）、整理
但後續不是直接對可回收對象進行清理，而是讓所有存活的對象都向一端移動；
然後直接清理掉端邊界以外的內存；
執行過程如下圖：
2、優點
（A）、不會像複製算法，效率隨對象存活率升高而變低
老年代特點：
對象存活率高，沒有額外的空間可以分配擔保；
所以老年代一般不能直接選用複製算法算法；
而選用標記-整理算法；
（B）、不會像標記-清除算法，產生內存碎片
因爲清除前，進行了整理，存活對象都集中到空間一側；
3、缺點
主要是效率問題：除像標記-清除算法的標記過程外，還多了需要整理的過程，效率更低；
4、應用場景
很多垃圾收集器採用這種算法來回收老年代；
如Serial Old收集器、G1（從整體看）；
4、分代收集算法
"分代收集"（Generational Collection）算法結合不同的收集算法處理不同區域。
1、算法思路
基於前面說的弱代理論，其實並沒有什麼新的思想；
只是根據對象存活週期的不同將內存劃分爲幾塊；
這樣就可以根據各個年代的特點採用最適當的收集算法；
一般把Java堆分爲新生代和老年代；
（A）、新生代
每次垃圾收集都有大批對象死去，只有少量存活；
所以可採用複製算法；
（B）、老年代
對象存活率高，沒有額外的空間可以分配擔保；
使用"標記-清理"或"標記-整理"算法；
結合上面對新生代的內存劃分介紹和上篇文章對Java堆的介紹，可以得出HotSpot虛擬機一般的年代內存劃分，如下圖：
2、優點
可以根據各個年代的特點採用最適當的收集算法；
3、缺點
仍然不能控制每次垃圾收集的時間；
4、應用場景
目前幾乎所有商業虛擬機的垃圾收集器都採用分代收集算法；
如HotSpot虛擬機中全部垃圾收集器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、G1（也保留）；
5、火車算法
火車算法也稱列車算法，是一種更徹底的分區域處理收集算法，是對分代收集算法的一個有力補充。
1、算法思路
在火車算法中，內存被分爲塊，多個塊組成一個集合。爲了形象化，一節車廂代表一個塊，一列火車代表一個集合，如下圖；
火車與車箱都按創建順序標號，每個車廂大小相等，但每個火車包含的車廂數不一定相等；
每節車箱有一個被記憶集合，而每輛火車的記憶集合是它所有車廂記憶集合的總和；
記憶集合由指向車箱中對象的引用組成，這些引用來自同一輛火車中序號較高的車箱中的對象，以及序號較高中的對象；
垃圾收集以車廂爲單位，整體算法流程如下：
（1）、選擇標號最小的火車；
（2）、如果火車的記憶集合是空的, 釋放整列火車並終止, 否則進行第三步操作；
（3）、選擇火車中標號最小的車廂；
（4）、對於車廂記憶集合的每個元素：
如果它是一個被根引用引用的對象, 那麼, 將拷貝到一列新的火車中去；
如果是一個被其它火車的對象指向的對象, 那麼, 將它拷貝到這個指向它的火車中去.；
假設有一些對象已經被保留下來了, 那麼通過這些對象可以觸及到的對象將會被拷貝到同一列火車中去；
如果一個對象被來自多個火車的對象引用, 那麼它可以被拷貝到任意一個火車去；
這個步驟中, 有必要對受影響的引用集合進行相應地更新；
（5）、釋放車廂並且終止；
收集過程會刪除一些空車箱和空車，當需要的時候也會創建一些車箱和火車，更多信息請參考：《編譯原理》第二版7.75"列車算法"、《漸進式地垃圾回收: 火車算法》；
執行過程如下圖：
2、優點
可以在成熟對象空間提供限定時間的漸近收集；
而不需要每次都進行一個大區域的垃圾回收過程；
即可以控制垃圾回收的時間，在指定時間內進行一些小區域的回收；
3、缺點
實現較爲複雜，如採用類似的算法的G1收集器在JDK7才實現；
一些場景下可能性價比不高；
4、應用場景
JDK7後HotSpot虛擬機G1收集器採用類似的算法，能建立可預測的停頓時間模型；
到這裏，我們大體瞭解Java虛擬機垃圾回收的幾種常見算法，後面我們將分別去了解JVM垃圾收集器、以及相關調優方法……
【參考資料】
1、《編譯原理》第二版 第7章
2、《深入理解Java虛擬機：JVM高級特性與最佳實踐》第二版 第3章
3、《The Java Virtual Machine Specification》Java SE 8 Edition：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html
4、《Java Platform, Standard Edition HotSpot Virtual Machine Garbage Collection Tuning Guide》：http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/index.html
5、《Memory Management in the Java HotSpot™ Virtual Machine》：http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/memorymanagement-whitepaper-1-150020.pdf
6、HotSpot虛擬機參數官方說明：http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html
7、《Thinking in Java》第四版 5.5 清理：終結處理和垃圾回收；
8、漸進式地垃圾回收: 火車算法：http://nileader.blog.51cto.com/1381108/402609
————————————————
原文鏈接：https://blog.csdn.net/tjiyu/article/details/53983064